JP2932663B2 - Driving device having piezoelectric element - Google Patents

Driving device having piezoelectric element

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JP2932663B2 JP27956190A JP27956190A JP2932663B2 JP 2932663 B2 JP2932663 B2 JP 2932663B2 JP 27956190 A JP27956190 A JP 27956190A JP 27956190 A JP27956190 A JP 27956190A JP 2932663 B2 JP2932663 B2 JP 2932663B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、主としてドット印字ヘッドに採用される圧
電素子を有する駆動装置に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drive device having a piezoelectric element mainly used for a dot print head.

[従来の技術] 圧電素子は圧電セラミックスの両面にそれぞれ電極が
接着され、印加電圧の増減によって伸縮するものであ
り、その伸縮を利用して駆動対象物を駆動することは従
来より既に行われている。圧電素子は印加電圧の増減に
応じて伸縮するが、伸縮量が僅かであるため、これを積
層した積層圧電素子として伸縮量を大きくして使用され
ることが多い。この積層圧電素子は、積層方向において
印加電圧の増大により伸長し、印加電圧の減少により収
縮する。一方、積層方向に直角な方向に於いて印加電圧
の増大により収縮し、減少により伸長するのであるが、
従来の駆動装置では積層方向の伸縮のみが駆動に利用さ
れていた。すなわち、積層方向の一端がフレームに固定
され、他端側に作動装置が設けられて積層圧電素子の伸
縮が作動装置により駆動対象物に伝達されるようにされ
ていたのである。
[Prior Art] A piezoelectric element has electrodes adhered to both surfaces of a piezoelectric ceramic, and expands and contracts by increasing and decreasing an applied voltage. Driving an object to be driven by using the expansion and contraction has been already performed. I have. The piezoelectric element expands and contracts in response to an increase and decrease in the applied voltage. However, since the amount of expansion and contraction is small, the piezoelectric element is often used as a laminated piezoelectric element having a large amount of expansion and contraction. The laminated piezoelectric element expands in the laminating direction by increasing the applied voltage and contracts by decreasing the applied voltage. On the other hand, in the direction perpendicular to the stacking direction, the applied voltage contracts due to the increase in voltage, and expands due to the decrease.
In the conventional driving device, only expansion and contraction in the stacking direction is used for driving. That is, one end in the stacking direction is fixed to the frame, and an actuator is provided on the other end, so that expansion and contraction of the laminated piezoelectric element is transmitted to the driven object by the actuator.

この種の駆動装置としては、例えば第5図に示すよう
なものがある。この駆動装置は電圧の印加によって圧電
縦効果の伸縮をする縦効果積層圧電素子70と、縦効果積
層圧電素子70の伸縮方向の一端を支持する基部3を有す
るフレーム80(メインフレーム2,サブフレーム4)と、
前記縦効果積層圧電素子70の伸縮方向の他端に配接され
た可動子5と、前記可動子5に連結されて前記縦効果積
層圧電素子70の伸縮運動を駆動対象物に伝達する作動装
置とを備えている。
FIG. 5 shows an example of this type of driving device. This driving device is a frame 80 (main frame 2, sub-frame 2) having a vertical effect laminated piezoelectric element 70 that expands and contracts the piezoelectric longitudinal effect by applying a voltage, and a base 3 that supports one end of the vertical effect laminated piezoelectric element 70 in the expansion and contraction direction. 4) and
A movable element 5 connected to the other end of the vertical effect laminated piezoelectric element 70 in the expansion and contraction direction, and an actuator connected to the movable element 5 and transmitting the expansion and contraction movement of the vertical effect laminated piezoelectric element 70 to a driven object. And

この作動装置は、メインフレーム2と可動子5とに一
端を固着した一対の板ばね6、7とその板ばね6、7の
他端を結合している傾動体8とよりなるエデンばね67を
主体として構成されており、電圧の印加及びその印加の
遮断による縦効果積層圧電素子70の伸縮運動を板ばね
6、7のたわみを利用して傾動体8の傾動運動に変換さ
せる。そしてこの傾動運動がアーム10に伝わり、印字ワ
イヤ11が駆動される。ドットインパクト式印字装置はこ
のような駆動装置を必要な数(印字ワイヤ11と同数)だ
け保持部材にに配列して取り付けて構成されている。
This operating device includes an Eden spring 67 comprising a pair of leaf springs 6, 7 having one end fixed to the main frame 2 and the mover 5, and a tilting body 8 connecting the other ends of the leaf springs 6, 7. The expansion / contraction movement of the longitudinal effect laminated piezoelectric element 70 due to the application of a voltage and the interruption of the application is converted into the tilting movement of the tilting body 8 by using the bending of the leaf springs 6 and 7. This tilting motion is transmitted to the arm 10, and the printing wire 11 is driven. The dot impact type printing apparatus is configured by arranging and attaching a necessary number (the same number of printing wires 11) of such driving devices to the holding member.

[発明が解決しようとする課題〕 しかし、この駆動装置にはいくつかの問題がある。例
えば、ドット数の多いドットインパクト式印字装置を組
み立てるときには、1つのドットに対応する各々の駆動
装置は1つの積層圧電素子と1つの作動装置と1つのフ
レームとからなるので、各々の部品が、ドット数分だけ
必要である。このため部品点数が多くなり生産性が非常
に悪くなる。また印字装置全体が大型になり、コスト、
重量が増大してしまう。
[Problems to be Solved by the Invention] However, this driving device has several problems. For example, when assembling a dot impact printing device having a large number of dots, each drive device corresponding to one dot is composed of one laminated piezoelectric element, one actuator, and one frame. Only the number of dots is required. For this reason, the number of parts is increased and productivity is extremely deteriorated. In addition, the entire printing device becomes large,
The weight increases.

更に、積層圧電素子の一端を固定しているフレームが
素子の変位を吸収してしまうので、これを避けるために
例えば個々のフレームの断面積を広くするなどしてフレ
ームの剛性を高くする必要がある。しかしながらその結
果、駆動装置全体が大型となり、コスト、重量が増大す
ることを避け得ないので、あまり剛性を高くすることが
できないのである。
Furthermore, the frame fixing one end of the laminated piezoelectric element absorbs the displacement of the element. To avoid this, it is necessary to increase the rigidity of the frame by, for example, increasing the cross-sectional area of each frame. is there. However, as a result, the entire driving device becomes large, and it is inevitable that the cost and weight increase, so that the rigidity cannot be increased so much.

また第6図に示したように、縦効果積層圧電素子70は
伸縮方向と積層方向が一致しているため、縦効果積層圧
電素子70の伸縮方向の引張強度、および伸縮方向に対し
垂直方向の曲げ強度は、圧電セラミックス層42に比し
て、強度的に弱い内部電極層41の引張強度、曲げ強度、
あるいは内部電極層41と圧電セラミックス層42との接合
強度に依存する。(矢印45は、分極方向を示す)そのた
め縦効果積層圧電素子70は伸縮方向の引張力、および伸
縮方向に対し垂直方向の曲げ力に対して弱い構造となっ
ている。
Also, as shown in FIG. 6, since the longitudinal effect laminated piezoelectric element 70 has a stretching direction and a laminating direction that match, the longitudinal effect laminated piezoelectric element 70 has a tensile strength in the stretching direction and a tensile strength in the direction perpendicular to the stretching direction. The bending strength is lower than the piezoelectric ceramic layer 42 in terms of tensile strength, bending strength,
Alternatively, it depends on the bonding strength between the internal electrode layer 41 and the piezoelectric ceramic layer. (The arrow 45 indicates the polarization direction.) Therefore, the longitudinal effect laminated piezoelectric element 70 has a structure that is weak against the tensile force in the expansion and contraction direction and the bending force in the direction perpendicular to the expansion and contraction direction.

ここで、前記した駆動装置において、縦効果積層圧電
素子70への電圧印加を断って、縦効果積層圧電素子70が
縮みはじめるとき、可動子5及び傾動体8は慣性によっ
てまだ縦効果積層圧電素子70の伸縮方向に運動多してお
り、この復帰が遅れて縦効果積層圧電素子70に引張力が
かかる。その引張力によって縦効果積層圧電素子70に損
傷が起こるという問題点があった。
Here, in the above-described driving device, when the voltage application to the longitudinal effect laminated piezoelectric element 70 is cut off and the longitudinal effect laminated piezoelectric element 70 starts to contract, the mover 5 and the tilting body 8 are still moved by the inertia due to the inertia. There is a lot of movement in the direction of expansion and contraction of 70, and this return is delayed, and a tensile force is applied to the longitudinal effect laminated piezoelectric element 70. There is a problem that the tensile force causes damage to the longitudinal effect laminated piezoelectric element 70.

また、可動子5は例え四節平行リンク16を用いたとし
ても正確に図示上下方向に平行移動しているのではな
く、傾きながら移動(以後傾動運動という。)する。こ
のため、前記可動子5の傾動運動が縦効果積層圧電素子
70に伝わり、縦効果積層圧電素子70に曲げモーメントが
働くことによって、縦効果積層圧電素子70が折れてしま
うという問題もあった。
Further, even if the mover 5 is used, even if the four-bar parallel link 16 is used, the mover 5 does not accurately move in the vertical direction in the drawing, but moves while tilting (hereinafter referred to as tilting motion). For this reason, the tilting movement of the mover 5 is caused by the vertical effect laminated piezoelectric element.
When the bending effect is applied to the longitudinal effect laminated piezoelectric element 70 and transmitted to the longitudinal effect laminated piezoelectric element 70, the longitudinal effect laminated piezoelectric element 70 is broken.

また、縦効果積層圧電素子70が、昇温時の分極に伴う
歪が解放される効果により、他の構成材とは違い、伸縮
方向に負の線膨張率(例えば−6.0[x10-6/℃])を持
つため、温度変化にともなう膨張量を補正する必要があ
る。従ってフレーム80に低線膨張率の構成材(例えばイ
ンバー合成1.2[x10-6/℃])を用い、温度補償材12、1
3として正の線膨張率をもつ剛体(例えばアルミニウム2
3.9[x10-6/℃])を、使用している。このため全体の
機構が大きくなる、重量が増す、材料コストが高いとい
う問題もあった。
In addition, unlike the other components, the longitudinal effect laminated piezoelectric element 70 has a negative linear expansion coefficient (for example, −6.0 [× 10 −6 / ° C]), it is necessary to correct the amount of expansion due to temperature change. Therefore, a component having a low linear expansion coefficient (for example, Invar 1.2 [x10 -6 / ° C]) is used for the frame 80, and the temperature compensating members 12 and 1 are used.
A rigid body having a positive coefficient of linear expansion as 3 (for example, aluminum 2
3.9 [x10 -6 / ° C]). For this reason, there were also problems that the whole mechanism became large, the weight increased, and the material cost was high.

本発明は、上述した従来の駆動装置における種々の問
題を解決することができる駆動装置を提供することを課
題としてなされたもので、その目的は小重量、低コスト
で且つ損傷の少ない圧電素子を有する駆動装置を提供す
ることを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a driving device that can solve various problems in the above-described conventional driving device. And a driving device having the same.

[課題を解決するための手段] 本発明は、上記の課題を解決するために、電圧の増減
によって伸縮する多数の圧電セラミックス層と内部電極
層が積層されてなる圧電体部と、非圧電体部とが、交互
に複数枚積層されて成る単一の積層圧電素子と、その積
層圧電素子の積層方向と直交する伸縮方向の一端を支持
する単一のフレームと、前記積層圧電素子の前記伸縮方
向の他端側に設けられ、積層圧電素子の伸縮を駆動対象
物に伝達する複数の作動装置から構成されることを特徴
としている。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a piezoelectric member formed by stacking a number of piezoelectric ceramic layers that expand and contract by increasing or decreasing a voltage and an internal electrode layer; A single laminated piezoelectric element in which a plurality of parts are alternately laminated, a single frame supporting one end of the laminated piezoelectric element in a direction of expansion and contraction orthogonal to the direction of lamination, and the expansion and contraction of the laminated piezoelectric element. It is characterized by comprising a plurality of actuators provided on the other end side in the direction and transmitting expansion and contraction of the laminated piezoelectric element to an object to be driven.

[作用] 上記の構成を有する本発明の圧電素子を有する駆動装
置によれば、単一の積層圧電素子と単一のフレームにて
複数の作動装置を駆動することにより部品点数が少なく
なる。これにより生産性が高く、小型、軽量、低コスト
化が図れる。また共通のフレームであるためフレーム断
面積が大きくなりフレーム剛性が高くなる。これによ
り、素子の変位の損失が低減できる。
[Operation] According to the driving device having the piezoelectric element of the present invention having the above configuration, the number of components is reduced by driving a plurality of actuators with a single laminated piezoelectric element and a single frame. As a result, high productivity, small size, light weight, and low cost can be achieved. In addition, since the frame is a common frame, the frame cross-sectional area increases and the frame rigidity increases. Thereby, the loss of the displacement of the element can be reduced.

さらに、積層圧電素子は、積層方向と直交する方向の
引張強度及び積層方向の曲げ強度が高い。積層方向の引
張力、及び積層方向に直交方向の曲げ力が圧電セラミッ
クスと電極とを剥離させる向きに作用することになるの
に対し、積層方向と直交する方向と引張力、及び積層方
向の曲げ力は圧電セラミックスと電極とを剥離させる向
きには作用しないのである。また、共通の積層圧電素子
であるため素子断面積が大きくなる効果も含めて、駆動
時に引張力や曲げ力が加えられても積層圧電素子に損傷
が生ずる恐れはなく、信頼性が向上する。
Furthermore, the laminated piezoelectric element has high tensile strength in a direction perpendicular to the laminating direction and high bending strength in the laminating direction. While the tensile force in the laminating direction and the bending force in the direction perpendicular to the laminating direction act in a direction to separate the piezoelectric ceramic and the electrode, the bending force in the direction perpendicular to the laminating direction and the bending force in the laminating direction. The force does not act in the direction that separates the piezoelectric ceramic and the electrode. In addition, since the common laminated piezoelectric element has the effect of increasing the cross-sectional area of the element, even if a tensile force or a bending force is applied during driving, the laminated piezoelectric element is not likely to be damaged, and the reliability is improved.

更に縦効果圧電素子と異なり本発明の如く横効果を用
いた圧電素子では、その伸縮方向に対し一般の物質と同
様に正の温度膨張係数を有する。このため温度補償材が
少なくてすむ。
Further, unlike the longitudinal effect piezoelectric element, the piezoelectric element using the lateral effect as in the present invention has a positive coefficient of thermal expansion in the direction of expansion and contraction like a general substance. For this reason, less temperature compensating material is required.

[実施例] 以下、本発明を具体化した一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

積層圧電素子1は、第1図に示すように、チタン酸ジ
ルコン酸鉛系セラミックス材料(PZT)から成る圧電セ
ラミックス層42と銀パラジウム系金属材料から成る内部
電極層41と交互に複数枚積層して成る圧電体部40を5枚
と、有機樹脂材料から成る弾性率の低い非圧電体部43を
4枚とが交互に積層されて成るものである。前記圧電体
部40は電圧の印加により積層方向と直交する方向(図に
おいて左右方向)に収縮し、電圧の除去により伸長す
る。積層圧電素子1はこの伸縮方向で使用される。圧電
体部40のいわゆる横効果が利用されるのであり、従来の
縦効果を利用する場合とは90゜異なる方向で使用される
こととなる。この場合、昇温時の分極に伴う歪が解放さ
れる効果により積層圧電素子1の伸縮方向(図において
横方向)については正の線膨張率、例えば2.0〜9.0[x1
0-6/℃]をもつ。
As shown in FIG. 1, the laminated piezoelectric element 1 is formed by alternately laminating a plurality of piezoelectric ceramic layers 42 made of lead zirconate titanate ceramic material (PZT) and an internal electrode layer 41 made of silver palladium metal material. 5 and four non-piezoelectric portions 43 made of an organic resin material and having a low elastic modulus are alternately laminated. The piezoelectric portion 40 contracts in a direction perpendicular to the laminating direction (horizontal direction in the figure) by applying a voltage, and expands by removing the voltage. The laminated piezoelectric element 1 is used in this expansion and contraction direction. The so-called horizontal effect of the piezoelectric body portion 40 is used, and the piezoelectric body portion 40 is used in a direction different by 90 ° from the case where the conventional vertical effect is used. In this case, the linear expansion coefficient of the multilayer piezoelectric element 1 (horizontal direction in the drawing) is positive due to the effect of releasing the strain accompanying the polarization at the time of temperature rise, for example, 2.0 to 9.0 [x1
0 -6 / ° C].

ここで、かかる積層圧電素子1の製造方法を第4図を
参照して説明する。すなわち、先ずチタン酸ジルコン酸
鉛系セラミックス材料(PZT)から成る圧電セラミック
ス層42と銀パラジウム系金属材料から成る内部電極層41
とを交互に複数枚積層して成る圧電体部40の板を一体焼
結法により作製した後、該圧電体部40の板5枚と、有機
樹脂材料から成る弾性率の低い非圧電体部43の板を4枚
とを交互に有機系の接着材(図示しない)を介して接合
する。その後、同図の一点鎖線で示されているように所
定の形状、大きさ、すなわち前記積層圧電素子1と同じ
形状、大きさで切断し、内部電極層41を介して分極処理
を施すことにより、第1図に示されている積層圧電素子
1が得られる。
Here, a method for manufacturing the laminated piezoelectric element 1 will be described with reference to FIG. That is, first, a piezoelectric ceramic layer 42 made of lead zirconate titanate ceramic material (PZT) and an internal electrode layer 41 made of silver palladium metal material
Are alternately laminated to form a plate of the piezoelectric body portion 40 by an integral sintering method. Then, five plates of the piezoelectric body portion 40 and a non-piezoelectric portion having a low elastic modulus made of an organic resin material are formed. Forty-three plates are alternately joined to each other via an organic adhesive (not shown). After that, as shown by a dashed line in the same figure, by cutting into a predetermined shape and size, that is, the same shape and size as the laminated piezoelectric element 1, by performing a polarization process through the internal electrode layer 41, Thus, the laminated piezoelectric element 1 shown in FIG. 1 is obtained.

積層圧電素子1は、第2図に示すように、その積層方
向(紙面に垂直である方向)と直交する方向に配設され
たメインフレーム2およびサブフレーム4から成るフレ
ーム80に取り付けられている。これらメインフレーム2
およびサブフレーム4は、線膨張率が、9.0〜11.7[x10
-6/℃]である焼結鉄鋼材により作られている。サブフ
レーム4はメインフレーム2の基部3に固定されてお
り、積層圧電素子1は、その伸縮方向の一端部において
温度補償材12を介して基部3に固定されている。温度補
償材12は線膨張率が23.9[x10-6/℃]であるアルミニウ
ムによって作られており、積層圧電素子1と基部3に固
着されている。この温度補償材12は、積層圧電素子1の
最大変位位置を常時正規位置に一致させるために設けら
れている。温度上昇に伴う積層圧電素子1の残留歪の変
化量は、フレーム80の膨張量よりも小さく、最大変位位
置が正規位置に達しないため、温度補償材12がそれの温
度が高いほど膨張するものとされ、積層圧電素子1の未
到達距離を、温度補償材12の膨張量で補償し、積層圧電
素子1の最大変位位置が一定となるようにされているの
である。
As shown in FIG. 2, the laminated piezoelectric element 1 is attached to a frame 80 composed of a main frame 2 and a sub-frame 4 arranged in a direction perpendicular to the laminating direction (the direction perpendicular to the paper). . These mainframes 2
And the sub-frame 4 has a linear expansion coefficient of 9.0 to 11.7 [x10
−6 / ° C.]. The sub-frame 4 is fixed to the base 3 of the main frame 2, and the laminated piezoelectric element 1 is fixed to the base 3 via a temperature compensating material 12 at one end in the expansion and contraction direction. The temperature compensating material 12 is made of aluminum having a linear expansion coefficient of 23.9 [x10 -6 / ° C], and is fixed to the laminated piezoelectric element 1 and the base 3. The temperature compensating member 12 is provided to make the maximum displacement position of the laminated piezoelectric element 1 always coincide with the normal position. The amount of change in the residual strain of the laminated piezoelectric element 1 due to a rise in temperature is smaller than the amount of expansion of the frame 80, and the maximum displacement position does not reach the normal position. Thus, the unreachable distance of the laminated piezoelectric element 1 is compensated for by the expansion amount of the temperature compensating material 12, so that the maximum displacement position of the laminated piezoelectric element 1 is kept constant.

積層圧電素子1の温度補償材12が固着された側とは反
対側には、各々の圧電体部40に一個ずつ計5個の可動子
5が接着剤により固着されている。各々の可動子5は、
該可動子5に一対一で対応するエデンばね67によって前
記メインフレーム2に連結されている。各々のエデンば
ね67は、一端がメインフレーム2の可動子5に対向する
部分に固定された第1板ばね6と、その第1板ばね6と
の間に隙間を隔てて配設され、一端が可動子5に固定さ
れた第2板ばね7と、それら第1板ばね6の第2板ばね
7との各他端部を結合する結合部8とを有している。各
々のエデンばね67の結合部8には、アーム10が積層圧電
素子1の積層方向と平行な方向に伸び出す向きに固定さ
れており、その先端に各々印字ワイヤ11が固定されてい
る。計5本の前記印字ワイヤ11は前記フレーム80と一体
に形成されているワイヤガイド14にて支持されている。
第3図にその斜視図を示す。従って、積層圧電素子1の
圧電体部40に印加された電圧が除去されて該圧電体部40
が伸張すれば、対応する第2板ばね7が第1板ばね6に
対して第2図に於いて上方へ移動させられ、両板ばね
6、7が弾性変形して結合部8が図に於いて反時計方向
に回転するとともにアーム10を同方向に回転させ、対応
する印字ワイヤ11が非印字位置に後退させられる。ま
た、積層圧電素子の圧電体部40が収縮すれば、対応する
第2板ばね7が第1板ばね6に対して逆方向へ移動し、
両板ばね6、7が弾性変形により蓄えたばね力を放出す
るとともに、結合部8が図において時計方向に回転して
アーム10を同方向に回転させ、対応する印字ワイヤ11が
印字位置に向かって前進させられる。本実施例に於いて
は、アーム10がエデンばね67から伸び出す方向が従来と
は逆にされているために、積層圧電素子1の圧電体部40
の伸縮と印字ワイヤ11の前後進との関係が従来とは逆に
なっているのである。積層圧電素子1の圧電体部40の伸
縮量は小さいが、アーム10により拡大され、印字ワイヤ
11が印字位置と非印字位置との間を移動させられるので
あり、本実施例に於いては可動子5、エデンばね67、ア
ーム10等が作動装置を構成している。
On the opposite side of the laminated piezoelectric element 1 from the side on which the temperature compensating material 12 is fixed, a total of five movers 5 are fixed to the respective piezoelectric portions 40 by an adhesive. Each mover 5 is
The mover 5 is connected to the main frame 2 by an Eden spring 67 corresponding one-to-one. Each of the Eden springs 67 is provided with a gap between a first leaf spring 6 having one end fixed to a portion of the main frame 2 facing the mover 5 and a gap between the first leaf spring 6. Has a second leaf spring 7 fixed to the mover 5 and a coupling portion 8 for coupling each other end of the first leaf spring 6 to the second leaf spring 7. The arm 10 is fixed to the connecting portion 8 of each Eden spring 67 so as to extend in a direction parallel to the stacking direction of the multilayer piezoelectric element 1, and the printing wire 11 is fixed to the tip of each arm. A total of five print wires 11 are supported by a wire guide 14 formed integrally with the frame 80.
FIG. 3 shows a perspective view thereof. Therefore, the voltage applied to the piezoelectric body 40 of the laminated piezoelectric element 1 is removed, and the piezoelectric body 40
Is extended, the corresponding second leaf spring 7 is moved upward in FIG. 2 with respect to the first leaf spring 6, and the two leaf springs 6 and 7 are elastically deformed so that the connecting portion 8 is moved as shown in FIG. At this time, the arm 10 is rotated counterclockwise and the arm 10 is rotated in the same direction, and the corresponding printing wire 11 is retracted to the non-printing position. When the piezoelectric portion 40 of the laminated piezoelectric element contracts, the corresponding second leaf spring 7 moves in the opposite direction with respect to the first leaf spring 6,
The leaf springs 6, 7 release the stored spring force due to elastic deformation, and the connecting portion 8 rotates clockwise in the figure to rotate the arm 10 in the same direction, and the corresponding printing wire 11 moves toward the printing position. Be moved forward. In the present embodiment, since the direction in which the arm 10 extends from the Eden spring 67 is reversed from that in the related art, the piezoelectric body portion 40 of the multilayer piezoelectric element 1 is formed.
The relationship between the expansion / contraction of the print wire 11 and the forward / backward movement of the print wire 11 is opposite to that in the related art. Although the amount of expansion and contraction of the piezoelectric body part 40 of the laminated piezoelectric element 1 is small,
Numeral 11 moves between the printing position and the non-printing position. In this embodiment, the movable element 5, the Eden spring 67, the arm 10, and the like constitute an operating device.

エデンばね67の第1板ばね6及び第2板ばね7には、
積層圧電素子1のフレーム80への組み付け時に予荷重が
与えられる。積層圧電素子1がフレーム80に組み付けら
れる際には、各エデンばね67は第1板ばね6がメインフ
レーム2に固定されるとともに、第2板ばね7が可動子
5に固定されており、温度補償材12が接着された積層圧
電素子1が可動子5と、メインフレーム80の基部3との
間に挿入され、板ばね6、7を一定量撓ませる位置に位
置決めされるのである。
The first leaf spring 6 and the second leaf spring 7 of the Eden spring 67 include:
A preload is applied when the laminated piezoelectric element 1 is assembled to the frame 80. When the laminated piezoelectric element 1 is assembled to the frame 80, each Eden spring 67 has the first leaf spring 6 fixed to the main frame 2 and the second leaf spring 7 fixed to the mover 5, and the temperature The laminated piezoelectric element 1 to which the compensating material 12 is adhered is inserted between the mover 5 and the base 3 of the main frame 80, and is positioned at a position where the leaf springs 6, 7 are flexed by a certain amount.

エデンばね67に予荷重が与えられた状態では、各可動
子5に、可動子5をそれの中心部をほぼ中心として図に
おいて反時計方向に回転させる向きのモーメントが生
じ、エデンばね67が傾かされて印字不良の原因となるこ
とがある。そのため、本実施例においては四節平行リン
ク16が設けられ、可動子5の回転が防止されている。四
節平行リンク16は、板ばね材がプレスの打ち抜き加工及
び曲げ加工されたものであり、積層圧電素子1の圧電体
部40が伸張し、可動子5の移動にともなって弾性変形し
て可動子5に時計方向のモーメントを生じさせ、可動子
5を反時計方向に回転させる向きのモーメントを相殺し
て可動子5の回転を防止する機能があり、印字不良の発
生が防止される。また、可動子5の回転が防止されるこ
とにより、積層圧電素子1の各圧電体部40は屈曲するこ
となく直線的に伸縮することができ、曲げ力は加えられ
ない。
When the preload is applied to the Eden spring 67, a moment is generated in each mover 5 to rotate the mover 5 counterclockwise about the center of the mover 5 in the figure, and the Eden spring 67 tilts. May cause printing failure. Therefore, in this embodiment, the four-bar parallel link 16 is provided to prevent the mover 5 from rotating. The four-node parallel link 16 is formed by stamping and bending a leaf spring material. The piezoelectric portion 40 of the laminated piezoelectric element 1 expands, and is elastically deformed as the movable element 5 moves to move. There is a function of generating a clockwise moment in the armature 5 and canceling the moment in the direction of rotating the armature 5 in the counterclockwise direction to prevent the armature 5 from rotating, thereby preventing printing defects. In addition, since the rotation of the mover 5 is prevented, each piezoelectric portion 40 of the laminated piezoelectric element 1 can expand and contract linearly without bending, and no bending force is applied.

以上のように構成された印字装置においては、印字が
行なわれないときには圧電体部40に電圧が印字されず、
5本の印字ワイヤ11は、非印字位置に後退させられた状
態にある。そして、印字実行時には5本の印字ワイヤ11
をそれぞれ駆動する圧電体部40の電圧の印加、除去が印
字データに従って選択的に行なわれ、印字が行なわれ
る。印字時には、圧電体部40に電圧が印加され、その収
縮により対応する印字ワイヤ11が印字対象物に向かって
移動させられるのであるが、非印字時には圧電体部40の
伸張によりエデンばね67が撓まされ、付勢力が蓄えられ
ている。このため印字ワイヤ11は圧電体部40の収縮によ
り放出されたエデンばね67の付勢力と圧電体部40の引張
力とによって印字位置に向かって移動させられることと
なり、移動速度及びストロークが大きくなり、印字指令
に対して応答性よく印字が行なわれると共に、印字が鮮
明に行なわれる効果が得られる。
In the printing device configured as described above, when printing is not performed, no voltage is printed on the piezoelectric body portion 40,
The five printing wires 11 are retracted to the non-printing position. At the time of printing, five printing wires 11 are used.
Are applied and removed selectively according to the print data, and printing is performed. At the time of printing, a voltage is applied to the piezoelectric body portion 40, and the corresponding printing wire 11 is moved toward the printing target by contraction. However, at the time of non-printing, the Eden spring 67 is bent by the extension of the piezoelectric body portion 40. And the energizing force is stored. Therefore, the printing wire 11 is moved toward the printing position by the urging force of the Eden spring 67 released by the contraction of the piezoelectric body portion 40 and the tensile force of the piezoelectric body portion 40, and the moving speed and the stroke are increased. In addition, printing can be performed with good responsiveness to a printing command, and the effect of clear printing can be obtained.

この様に印字ワイヤ11が印字位置に移動させられると
き、圧電体部40は電圧の印加により迅速に収縮させられ
るのに対し、可動子5やアーム10は慣性によりその場に
とどまろうとし、圧電体部40に引張力が加えられる。し
かし、積層圧電素子1は積層方向と直交方向の伸縮によ
り印字ワイヤ11を駆動するようにされているため、引張
力に対して強く、破損が生ずることはない。また、積層
圧電素子1は四節平行リンク16が可動子5の傾きを規制
することにより、屈曲することなく伸縮するようにされ
ているが、可動子5は全く傾かないわけではない。しか
し、積層圧電素子1は積層方向に対する曲げ力に対して
も強く、破損が生ずることはない。また、積層圧電素子
1は、5個の圧電体部40を非圧電体部43を介して接合し
てあり、素子断面積が圧電体部40単独の場合に比べて大
きくなるため、引張力や曲げ力にたいする強度がさらに
大きくなり、信頼性が向上する。
When the printing wire 11 is moved to the printing position in this way, the piezoelectric body portion 40 is rapidly contracted by the application of a voltage, whereas the mover 5 and the arm 10 try to stay there by inertia, A tensile force is applied to the body 40. However, since the laminated piezoelectric element 1 drives the printing wire 11 by expansion and contraction in a direction perpendicular to the laminating direction, the laminated piezoelectric element 1 is strong against tensile force and does not break. In addition, the laminated piezoelectric element 1 is configured so that the four-node parallel link 16 expands and contracts without bending by regulating the inclination of the mover 5, but the mover 5 is not necessarily inclined at all. However, the laminated piezoelectric element 1 is strong against bending force in the laminating direction and does not break. Further, in the laminated piezoelectric element 1, five piezoelectric members 40 are joined via the non-piezoelectric member 43, and the element cross-sectional area is larger than that of the piezoelectric member 40 alone. Strength against bending force is further increased, and reliability is improved.

さらに、積層圧電素子1の圧電体部40は伸縮方向にお
いてフレーム80の熱膨張と同じく正の温度特性を有して
いるため、フレーム80を線膨張率の大きい安価な材料で
作ることができ、装置コストを低減することができると
共に、温度補償材12の補償量が少なくてすみこれを小型
とすることができ、装置重量を軽減することができる。
なお圧電体部40の残留歪の変化量とフレーム80の熱膨張
量を同じにすることができる場合には、温度補償材12を
省略することができ、装置コスト、重量、寸法をさらに
低減することができる。
Further, since the piezoelectric portion 40 of the laminated piezoelectric element 1 has the same positive temperature characteristics in the expansion and contraction direction as the thermal expansion of the frame 80, the frame 80 can be made of an inexpensive material having a large linear expansion coefficient. The cost of the apparatus can be reduced, and the amount of compensation of the temperature compensating material 12 can be reduced, so that the apparatus can be downsized and the weight of the apparatus can be reduced.
If the amount of change in the residual strain of the piezoelectric body portion 40 and the amount of thermal expansion of the frame 80 can be made the same, the temperature compensating material 12 can be omitted, further reducing the device cost, weight, and dimensions. be able to.

また、上記実施例の駆動装置は、複数の作動装置を駆
動するにも関わらず、1個の積層圧電素子1と1個のフ
レーム80からなるので、部品点数が少なくなり生産性が
非常に良くなり低コスト化が図れる。また、印字装置全
体のの小型化、軽量化も図れるのである。また、上記積
層圧電素子1は、第1図に示すように、圧電体部40と非
圧電体部43の積層方向と、圧電セラミックス層42と内部
電極層41の積層方向が一致しているために、該圧電セラ
ミックス層42を構成する圧電セラミックス材料と該内部
電極層41を構成する金属材料とを交互に積層して一体焼
結した後、非圧電体部43を構成する有機系の樹脂材料を
介して複数枚接着し、所定の形状に切断、分極処理を施
すことにより製造することが出来る。第6図に示した従
来の縦効果積層圧電素子70を複数個非圧電体部を介して
接合しようとした場合圧電セラミックス層42と内部電極
層41の積層方向と、該縦効果積層圧電素子70と非圧電体
部の積層方向が直交するため、その製造は多くの工程を
必要とする。そのため、本発明に係る前記積層圧電素子
1自体の生産性も、従来の素子に比べて高いのである。
In addition, the driving device of the above embodiment is composed of one laminated piezoelectric element 1 and one frame 80 despite driving a plurality of actuators, so that the number of parts is reduced and productivity is very good. Cost can be reduced. Further, the size and weight of the entire printing apparatus can be reduced. Further, in the laminated piezoelectric element 1, as shown in FIG. 1, the laminating direction of the piezoelectric body portion 40 and the non-piezoelectric body portion 43 and the laminating direction of the piezoelectric ceramic layer 42 and the internal electrode layer 41 match. After alternately laminating and integrally sintering the piezoelectric ceramic material constituting the piezoelectric ceramic layer 42 and the metal material constituting the internal electrode layer 41, an organic resin material constituting the non-piezoelectric portion 43 Can be manufactured by adhering a plurality of sheets through a substrate, cutting the resultant into a predetermined shape, and performing a polarization treatment. When the conventional vertical effect laminated piezoelectric element 70 shown in FIG. 6 is to be joined via a plurality of non-piezoelectric portions, the laminating direction of the piezoelectric ceramic layer 42 and the internal electrode layer 41 and the vertical effect laminated piezoelectric element 70 Since the lamination direction of the and the non-piezoelectric portion is orthogonal, the production requires many steps. Therefore, the productivity of the multilayer piezoelectric element 1 according to the present invention is higher than that of the conventional element.

本発明の圧電素子を有する駆動装置は、上記実施例に
限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱するこ
となく、当事者の知識に基づいて種類の変形、改良を施
した態様で本発明を実施することができる。例えば積層
圧電素子1の圧電体部40と非圧電体部43の構成数を増や
し、駆動装置のドット数を増やしてもよい。
The driving device having the piezoelectric element according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the present invention may be implemented in a form in which various modifications and improvements are made based on the knowledge of the parties without departing from the scope of the claims. Can be implemented. For example, the number of piezoelectric members 40 and the number of non-piezoelectric members 43 of the laminated piezoelectric element 1 may be increased to increase the number of dots of the driving device.

また必要ならば、各エデンばね67を一体構造とするこ
ともできる。このときエデンばね67におけるメインフレ
ーム2側の板ばねを一体に形成し、可動子側の板ばねを
各可動子5に対して個別に形成する。
If necessary, each of the Eden springs 67 can be formed as an integral structure. At this time, the leaf spring on the main frame 2 side of the Eden spring 67 is formed integrally, and the leaf spring on the mover side is formed individually for each mover 5.

また四節平行リンクについても一体に形成することも
可能である。
Also, the four-bar parallel link can be formed integrally.

[発明の効果] 以上詳述したことから明らかなように、本発明の圧電
素子を有する駆動装置によれば、単一の積層圧電素子と
単一のフレームにて複数の作動装置を駆動するため部品
点数が少なく、生産性が高く、小型、軽量、低コストの
駆動装置が得られる。また共通のフレームであるためフ
レーム断面積が大きくなりフレーム剛性が高くなるた
め、素子の変位の損失が低減できる。
[Effects of the Invention] As is clear from the above description, according to the driving device having the piezoelectric element of the present invention, a plurality of actuators are driven by a single laminated piezoelectric element and a single frame. A small-sized, light-weight, and low-cost drive device with a small number of parts, high productivity, and a low cost can be obtained. In addition, since the frame is a common frame, the frame cross-sectional area increases and the frame rigidity increases, so that the loss of element displacement can be reduced.

さらに、積層圧電素子は、積層方向と直交する方向の
引張強度、及び積層方向の曲げ強度が高いことと、共通
の積層圧電素子であるため素子断面積が大きいことによ
り、駆動時に引張力や曲げ力が加えられても積層圧電素
子に損傷が生ずる恐れはなく、駆動装置の信頼性が向上
する。
Furthermore, the laminated piezoelectric element has a high tensile strength in a direction perpendicular to the laminating direction and a high bending strength in the laminating direction, and also has a large element cross-sectional area because it is a common laminated piezoelectric element. Even if a force is applied, there is no possibility that the laminated piezoelectric element will be damaged, and the reliability of the driving device is improved.

更に本発明の駆動装置では一般に高重量の温度補償材
を用いる必要がないため、低重量で構成できるといった
効果もある。
Further, in the driving device of the present invention, there is generally no need to use a high-weight temperature compensating material, so that there is an effect that the driving device can be configured with a low weight.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例であるワイヤドット式印字装
置用の駆動装置の積層圧電素子を示す斜視図、第2図は
上記駆動装置の正面図、第3図は同じく上記駆動装置の
斜視図、第4図は圧電体部と非圧電体部とを積層した積
層圧電体の斜視図である。 また第5図及び第6図は従来の装置を説明するもので、
第5図は駆動装置の正面図、第6図は積層圧電素子の斜
視図である。 図中1は積層圧電素子、5は可動子、9は駆動装置、10
はアーム、11は印字ワイヤ、40は圧電体部、41は内部電
極層、42は圧電セラミックス層、43は非圧電体部、67は
エデンばね、80はフレームである。
FIG. 1 is a perspective view showing a laminated piezoelectric element of a driving device for a wire dot type printing device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view of the driving device, and FIG. FIG. 4 is a perspective view of a laminated piezoelectric body in which a piezoelectric body part and a non-piezoelectric body part are laminated. FIGS. 5 and 6 illustrate a conventional device.
FIG. 5 is a front view of the driving device, and FIG. 6 is a perspective view of the laminated piezoelectric element. In the figure, 1 is a laminated piezoelectric element, 5 is a mover, 9 is a driving device, 10
Is an arm, 11 is a print wire, 40 is a piezoelectric body portion, 41 is an internal electrode layer, 42 is a piezoelectric ceramic layer, 43 is a non-piezoelectric body portion, 67 is an Eden spring, and 80 is a frame.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】電圧の増減によって伸縮する多数の圧電セ
ラミックス層と内部電極層が積層されて成る圧電体部
と、非圧電体部とが交互に複数枚積層されて成る単一の
積層圧電素子と、 その積層圧電素子の積層方向と直交する伸縮方向の一端
を支持する単一のフレームと、 前記積層圧電素子の前記伸縮方向の他端側に設けられ、
積層圧電素子の伸縮を駆動対象物に伝達する複数の作動
装置から構成されることを特徴とする圧電素子を有する
駆動装置。
1. A single laminated piezoelectric element comprising a plurality of piezoelectric members each formed by laminating a number of piezoelectric ceramic layers and internal electrode layers which expand and contract according to an increase and decrease in voltage, and a plurality of non-piezoelectric members laminated alternately. A single frame that supports one end of the laminated piezoelectric element in the direction of expansion and contraction perpendicular to the direction of lamination, and is provided on the other end of the laminated piezoelectric element in the direction of expansion and contraction;
A driving device having a piezoelectric element, comprising a plurality of actuators for transmitting expansion and contraction of a laminated piezoelectric element to an object to be driven.
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